KR20130036642A - 태양광 발전장치 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
태양광 발전장치 및 이의 제조방법이 개시된다. 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층과 직접 접촉하고, 제 1 방향으로 연장되는 다수 개의 보조 전극들; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함한다.
Description
실시예는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
태양광을 전기에너지로 변환시키기 위한 태양광 발전장치는 태양전지 패널, 다이오드 및 프레임 등을 포함한다.
상기 태양전지 패널은 플레이트 형상을 가진다. 예를 들어, 상기 태양전지 패널은 사각 플레이트 형상을 가진다. 상기 태양전지 패널은 상기 프레임 내측에 배치된다. 상기 태양전지 패널의 4개의 측면이 상기 프레임 내측에 배치된다.
상기 태양전지 패널은 태양광을 입사받아, 전기에너지로 변환시킨다. 상기 태양전지 패널은 다수 개의 태양전지 셀들을 포함한다. 또한, 상기 태양전지 패널은 상기 태양전지 셀들을 보호하기 위한 기판, 필름 또는 보호유리 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 태양전지 패널은 상기 태양전지 셀들에 접속되는 버스 바를 포함한다. 상기 버스 바는 최외곽의 태양전지 셀들의 상면으로부터 각각 연장되어 배선에 연결된다.
상기 다이오드는 상기 태양전지 패널과 병렬로 연결된다. 상기 다이오드에는 선택적으로 전류가 흐른다. 즉, 상기 태양전지 패널의 성능이 저하되는 경우, 상기 다이오드를 통하여 전류가 흐른다. 이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치 자체의 단락이 방지된다. 또한, 태양광 발전장치는 상기 다이오드 및 상기 태양전지 패널에 연결되는 배선을 더 포함할 수 있다. 상기 배선은 서로 인접하는 태양전지 패널을 연결한다.
상기 프레임은 상기 태양전지 패널을 수용한다. 상기 프레임은 금속으로 이루어진다. 상기 프레임은 상기 태양전지 패널의 측면에 배치된다. 상기 프레임은 상기 태양전지 패널의 측면을 수용한다. 또한, 상기 프레임은 다수 개의 서브 프레임들로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 서브 프레임들은 서로 연결될 수 있다.
이와 같은 태양광 발전장치는 야외에 장착되어, 태양광을 전기 에너지로 변환시킨다. 이때, 태양광 발전장치는 외부의 물리적인 충격, 전기적인 충격 및 화학적인 충격에 노출될 수 있다.
이와 같은 태양광 발전장치와 관련된 기술은 한국 공개 특허 공보 10-2009-0059529 등에 기재되어 있다.
실시예는 향상된 전기적 및 물리적인 특성을 가지고, 용이하게 제조될 수 있는 태양광 발전장치 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 후면전극층; 상기 후면전극층과 직접 접촉하고, 제 1 방향으로 연장되는 다수 개의 보조 전극들; 상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및 상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 기판 상에 다수 개의 보조 전극들을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 상기 보조 전극들과 직접 접촉되는 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및 상기 광 흡수층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 후면전극층에 직접 접촉되는 상기 보조전극들을 통하여, 상기 후면전극층의 전기적인 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 보조 전극들은 상기 후면전극층보다 더 낮은 저항을 가지는 금속을 포함할 수 있다. 특히, 상기 보조 전극들은 실시예에 따른 태양광 발전장치에서 전류가 흐르는 방향으로 연장될 수 있다. 따라서, 상기 보조 전극들은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 전기적인 특성을 향상시킬 수 있다.
이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 후면전극층의 두께를 감소시킬 수 있다. 특히, 상기 후면전극층으로 몰리브덴이 사용되는 경우, 상기 후면전극층의 두께가 감소됨에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 적은 비용으로 용이하게 제조될 수 있다.
또한, 상기 보조 전극들은 서로 이격될 수 있다. 이에 따라서, 상기 보조 전극들 및 상기 기판 사이의 열적 스트레스가 완화될 수 있다. 이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 신뢰성 및 내구성을 가질 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치는 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에서 B-B`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 실시예에 따른 태양광 발전장치는 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 단면도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에서 B-B`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 실시예에 따른 태양광 발전장치는 제조하는 과정을 도시한 도면들이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 단면도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 단면도이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치는 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다. 도 3은 도 1에서 B-B`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 태양광 발전장치는 지지기판(100), 다수 개의 보조 전극들(150), 후면전극층(200), 광 흡수층(300), 버퍼층(400), 고저항 버퍼층(500), 전면전극층(600) 및 다수 개의 접속부들(700)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 보조 전극들(150), 상기 후면전극층(200), 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500), 상기 전면전극층(600) 및 상기 접속부(700)를 지지한다.
상기 지지기판(100)은 절연체일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 유리기판, 플라스틱기판 또는 금속기판일 수 있다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 소다 라임 글래스(soda lime glass) 기판일 수 있다. 상기 지지기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다.
상기 보조 전극들(150)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 보조 전극들(150)은 제 1 방향으로 연장된다. 상기 보조 전극들(150)은 상기 제 1 방향으로 일렬로 열을 지어 배치될 수 있다.
또한, 상기 보조 전극들(150)은 서로 이격된다. 또한, 상기 보조 전극들(150)은 서로 나란히 배치된다. 상기 보조 전극들(150)은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 상기 보조 전극들(150)의 폭(W)은 약 1㎜ 내지 약 3㎜일 수 있다. 또한, 상기 보조 전극들(150) 사이의 간격은 약 80㎜ 내지 약 150㎜일 수 있다.
이와 같이, 상기 보조 전극들(150)이 서로 이격되기 때문에, 상기 보조 전극들(150)의 박리 현상이 억제될 수 있다. 특히, 상기 보조 전극들(150)은 전면에 형성되지 않기 때문에, 상기 보조 전극들(150) 및 상기 지지기판(100)과의 열 팽창율의 차에 의한 박리 현상이 억제될 수 있다.
상기 보조 전극들(150)은 상기 지지기판(100) 및 상기 후면전극층(200) 사이에 개재된다 상기 보조 전극들(150)은 상기 후면전극층(200)의 하면에 직접 접촉된다. 또한, 상기 보조 전극들(150)은 상기 지지기판(100)의 상면에 직접 접촉된다. 상기 보조 전극들(150)의 두께(T1)는 약 50㎚ 내지 약 100㎚일 수 있다.
상기 보조 전극들(150)은 저항이 낮은 금속을 포함할 수 있다. 더 자세하게, 상기 보조 전극들(150)은 상기 후면전극층(200)으로 사용되는 물질보다 더 낮은 저항을 가지는 금속을 포함할 수 있다. 상기 보조 전극들(150)로 사용되는 물질의 예로서는 은 또는 구리 등을 들 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 후면전극층(200)은 상기 보조 전극들(150) 상에 배치된다. 즉, 상기 후면전극층(200)은 상기 보조 전극들(150)을 덮는다. 특히, 상기 후면전극층(200)은 상기 보조 전극들(150)의 측면(152)을 덮는다. 또한, 상기 후면전극층(200)은 상기 지지기판(100)의 상면 및 상기 보조 전극들(150)의 측면(152)에 직접 접촉될 수 있다.
상기 후면전극층(200)은 상기 보조 전극들(150)에 직접 접촉된다. 더 자세하게, 상기 후면전극층(200)은 상기 보조 전극들(150)의 상면에 직접 접촉된다. 즉, 상기 후면전극층(200)은 상기 보조 전극들(150)에 전기적으로 직접 접속된다.
상기 후면전극층(200)은 도전층이다. 상기 후면전극층(200)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등의 금속을 들 수 있다.
상기 후면전극층(200)의 전기적인 특성을 상기 보조 전극들(150)이 보조하기 때문에, 상기 후면전극층(200)은 더 얇은 두께로 형성될 수 있다. 특히, 상기 후면전극층(200)이 몰리브덴으로 형성되고, 상기 보조 전극들(150)이 은 또는 구리 등과 같은 낮은 저항의 금속으로 형성될 때, 상기 후면전극층(200)의 두께는 얇아질 수 있다. 이때, 상기 후면전극층(200)의 두께는 약 100㎚ 내지 약 300㎚일 수 있다.
또한, 상기 후면전극층(200)은 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 이때, 각각의 층들은 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 후면전극층(200)에는 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하는 오픈 영역이다. 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 제 2 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 보조 전극들(150)을 관통한다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 내측면(201) 및 상기 보조 전극들(150)의 끝 단면(151)은 서로 동일한 평면에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 보조 전극들(150)은 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)의 폭은 약 80㎛ 내지 200㎛ 일 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면전극층(200)은 다수 개의 후면전극들로 구분된다. 즉, 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서, 상기 후면전극들이 정의된다.
상기 후면전극들은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 의해서 서로 이격된다. 상기 후면전극들은 스트라이프 형태로 배치된다.
이와는 다르게, 상기 후면전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)은 평면에서 보았을 때, 격자 형태로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수층(300)은 상기 후면전극층(200) 상에 배치된다. 또한, 상기 광 흡수층(300)에 포함된 물질은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 채워진다.
상기 광 흡수층(300)은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수층(300)은 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 광 흡수층(300)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
상기 버퍼층(400)은 상기 광 흡수층(300) 상에 배치된다. 상기 버퍼층(400)은 황화 카드뮴(CdS)를 포함하며, 상기 버퍼층(400)의 에너지 밴드갭은 약 2.2eV 내지 2.4eV이다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 버퍼층(400) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼층(500)은 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼층(500)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV이다.
상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)에는 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 광 흡수층(300)을 관통한다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면을 노출하는 오픈영역이다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 1 관통홈들(TH1)에 인접하여 형성된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 일부는 평면에서 보았을 때, 상기 제 1 관통홈들(TH1)의 옆에 형성된다. 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 제 2 방향으로 연장되는 형상을 가진다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 광 흡수부들을 정의한다. 즉, 상기 광 흡수층(300)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 광 흡수부들로 구분된다.
상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 버퍼들로 정의된다. 즉, 상기 버퍼층(400)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 버퍼들로 구분된다.
상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 다수 개의 고저항 버퍼들로 정의된다. 즉, 상기 고저항 버퍼층(500)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 의해서, 상기 고저항 버퍼들로 구분된다.
상기 전면전극층(600)은 상기 고저항 버퍼층(500) 상에 배치된다. 상기 전면전극층(600)은 투명하며, 도전층이다. 또한, 상기 전면전극층(600)의 저항은 상기 후면전극층(200)의 저항보다 높다.
상기 전면전극층(600)은 산화물을 포함한다. 예를 들어, 상기 전면전극층(600)으로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄 도핑된 징크 옥사이드(Al doped zinc oxide;AZO) 또는 갈륨 도핑된 징크 옥사이드(Ga doped zinc oxide;GZO) 등을 들 수 있다.
상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면전극층(600)에는 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400), 상기 고저항 버퍼층(500) 및 상기 전면전극층(600)을 관통한다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2)에 인접하는 위치에 형성된다. 더 자세하게, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 배치된다. 즉, 평면에서 보았을 때, 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 옆에 나란히 배치된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)은 상기 제 2 방향으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 전면전극층(600)은 다수 개의 전면전극들로 구분된다. 즉, 상기 전면전극들은 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 정의된다.
상기 전면전극들은 상기 후면전극들과 대응되는 형상을 가진다. 즉, 상기 전면전극들은 스트라이프 형태로 배치된다. 이와는 다르게, 상기 전면전극들은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 다수 개의 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 더 자세하게, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 즉, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 및 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 셀들(C1, C2...)로 구분된다. 또한, 상기 셀들(C1, C2...)은 상기 제 2 방향과 교차하는 제 1 방향으로 서로 연결된다. 즉, 상기 셀들(C1, C2...)을 통하여 상기 제 1 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
상기 접속부들(700)은 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 배치된다. 상기 접속부들(700)은 상기 전면전극층(600)으로부터 하방으로 연장되며, 상기 후면전극층(200)에 접속된다. 예를 들어, 상기 접속부들(700)은 상기 제 1 셀(C1)의 전면전극로부터 연장되어, 상기 제 2 셀(C2)의 후면전극에 접속된다.
따라서, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들을 연결한다. 더 자세하게, 상기 접속부들(700)은 서로 인접하는 셀들(C1, C2...)에 각각 포함된 전면전극과 후면전극을 연결한다.
상기 접속부(700)는 상기 전면전극층(600)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 접속부(700)로 사용되는 물질은 상기 전면전극층(600)으로 사용되는 물질과 동일하다.
앞서 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 후면전극층(200)에 직접 접촉되는 상기 보조전극들을 통하여, 상기 후면전극층(200)의 전기적인 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 보조 전극들(150)은 상기 후면전극층(200)보다 더 낮은 저항을 가지는 금속을 포함할 수 있다. 특히, 상기 보조 전극들(150)은 실시예에 따른 태양광 발전장치에서 전류가 흐르는 방향으로 연장될 수 있다. 따라서, 상기 보조 전극들(150)은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 전기적인 특성을 향상시킬 수 있다.
이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 후면전극층(200)의 두께를 감소시킬 수 있다. 특히, 상기 후면전극층(200)으로 몰리브덴이 사용되는 경우, 상기 후면전극층(200)의 두께가 감소됨에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 적은 비용으로 용이하게 제조될 수 있다. 즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 고가의 몰리브덴의 사용을 줄일 수 있기 때문에, 적은 비용으로 용이하게 제조될 수 있다.
또한, 상기 보조 전극들(150)은 서로 이격될 수 있다. 이에 따라서, 상기 보조 전극들(150) 및 상기 지지기판(100) 사이의 열적 스트레스가 완화될 수 있다. 이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 향상된 신뢰성 및 내구성을 가질 수 있다.
도 4 내지 도 8은 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 본 제조방법에 관한 설명은 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명을 참고한다. 앞서 설명한 태양광 발전장치에 대한 설명은 본 제조방법에 관한 설명에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 4를 참조하면, 지지기판(100) 상에 다수 개의 예비 보조 전극들(153)이 형성된다. 상기 예비 보조 전극들(153)은 제 1 방향으로 연장되는 형상을 가진다. 더 자세하게, 상기 예비 보조 전극들(153)은 상기 지지기판(100)을 가로질러 형성된다.
상기 예비 보조 전극들(153)을 형성하기 위해서, 은 또는 구리 등과 같은 금속이 마스크를 통하여, 상기 지지기판(100)의 상면에 선택적으로 증착될 수 있다. 즉, 상기 예비 보조 전극들(153)은 서로 나란히, 소정의 간격으로 이격되도록 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 지지기판(100) 및 상기 예비 보조 전극들(153) 상에 몰리브덴 등의 금속이 증착되어, 후면전극층(200)이 형성된다. 이후, 상기 후면전극층(200) 및 상기 예비 보조 전극들(153)은 패터닝되어 제 1 관통홈들(TH1)이 형성된다. 이에 따라서, 상기 지지기판(100) 상에 다수 개의 후면전극들이 형성된다. 이때, 상기 예비 보조 전극들(153)도 패터닝되어, 다수 개의 보조 전극들(150)이 형성된다. 상기 예비 보조 전극들(153) 및 상기 후면전극층(200)은 레이저에 의해서 패터닝될 수 있다.
상기 제 1 관통홈들(TH1)은 상기 지지기판(100)의 상면을 노출하며, 약 80㎛ 내지 약 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 후면전극층(200) 상에 광 흡수층(300), 버퍼층(400) 및 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
상기 광 흡수층(300)은 스퍼터링 공정 또는 증발법 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수층(300)을 형성하기 위해서 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 동시 또는 구분하여 증발시키면서 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층을 형성하는 방법과 금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션(Selenization) 공정에 의해 형성시키는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.
금속 프리커서 막을 형성시킨 후 셀레니제이션 하는 것을 세분화하면, 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정에 의해서, 상기 후면전극(200) 상에 금속 프리커서 막이 형성된다.
이후, 상기 금속 프리커서 막은 셀레이제이션(selenization) 공정에 의해서, 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계)의 광 흡수층이 형성된다.
이와는 다르게, 상기 구리 타겟, 인듐 타겟, 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 상기 셀레니제이션 공정은 동시에 진행될 수 있다.
이와는 다르게, 구리 타겟 및 인듐 타겟 만을 사용하거나, 구리 타겟 및 갈륨 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정 및 셀레니제이션 공정에 의해서, CIS계 또는 CIG계 광 흡수층(300)이 형성될 수 있다.
이후, 황화 카드뮴이 스퍼터링 공정 또는 용액성장법(chemical bath depositon;CBD) 등에 의해서 증착되고, 상기 버퍼층(400)이 형성된다.
이후, 상기 버퍼층(400) 상에 징크 옥사이드가 스퍼터링 공정 등에 의해서 증착되고, 상기 고저항 버퍼층(500)이 형성된다.
상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)은 낮은 두께로 증착된다. 예를 들어, 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 두께는 약 1㎚ 내지 약 80㎚이다.
이후, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층(400) 및 상기 고저항 버퍼층(500)의 일부가 제거되어 제 2 관통홈들(TH2)이 형성된다.
상기 제 2 관통홈들(TH2)은 팁 등의 기계적인 장치 또는 레이저 장치 등에 의해서 형성될 수 있다.
예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 180㎛의 폭을 가지는 팁에 의해서, 상기 광 흡수층(300) 및 상기 버퍼층(400)은 패터닝될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 폭은 약 100㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 관통홈들(TH2)은 상기 후면전극층(200)의 상면의 일부를 노출하도록 형성된다.
도 7을 참조하면, 상기 광 흡수층(300) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 전면전극층이 형성된다. 즉, 상기 전면전극층은 상기 고저항 버퍼층(500) 상 및 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 투명한 도전물질이 증착되어 형성된다.
예를 들어, 상기 전면전극층은 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드가 상기 고저항 버퍼층(500)의 상면 및 상기 제 2 관통홈들(TH2)의 내측에 스퍼터링 공정에 의해서 증착되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 관통홈들(TH2) 내측에 상기 투명한 도전물질이 채워지고, 상기 전면전극층은 상기 후면전극층(200)에 직접 접촉하게 된다.
도 8을 참조하면, 상기 전면전극층, 상기 광 흡수층(300), 상기 버퍼층 및 상기 고저항 버퍼층은 기계적인 방식에 의해서 패턴닝된다. 이에 따라서, 상기 전면전극층, 상기 고저항 버퍼층(500), 상기 버퍼층(400) 및 상기 광 흡수층(300)을 관통하는 제 3 관통홈들(TH3)이 형성된다. 이때, 상기 전면전극층이 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서 다수 개의 전면전극들로 구분된다.
즉, 상기 제 3 관통홈들(TH3)에 의해서, 상기 전면전극층(600)에 다수 개의 셀들(C1, C2...)이 정의된다. 상기 제 3 관통홈들(TH3)의 폭은 약 80㎛ 내지 약 200㎛ 일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 태양광 발전장치의 제조방법은 향상된 전기적인 특성을 가지는 태양광 발전장치를 제공할 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 단면도이다. 도 10은 또 다른 태양광 발전장치를 도시한 단면도이다. 본 실시예에서는 앞선 태양광 발전장치 및 이의 제조방법에 대한 설명을 참조한다. 즉, 앞선 태양광 발전장치 및 제조방법에 대한 설명은 변경된 부분을 제외하고, 본 실시예에 본질적으로 결합될 수 있다.
도 9를 참조하면, 보조 전극들(150)은 후면전극층(200) 및 광 흡수층(300) 사이에 개재된다. 상기 보조 전극들(150)은 상기 후면전극층(200)의 상면에 직접 접촉된다. 또한, 상기 보조 전극들(150)은 상기 광 흡수층(300)과 직접 접촉될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 보조 전극들(150)은 지지기판(100)의 상면에 직접 접촉되지 않는다. 특히, 상기 보조 전극들(150)은 몰리브덴 등을 포함하는 상기 후면전극층(200)을 통하여, 상기 지지기판(100)에 접촉된다. 이에 따라서, 상기 보조 전극들(150) 및 상기 지지기판(100) 사이의 박리 현상이 억제될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 보조 전극들(150)은 후면전극층(200) 내에 배치될 수 있다. 상기 후면전극층(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치되는 제 1 후면전극층(210) 및 상기 제 1 후면전극층(210) 상에 배치되는 제 2 후면전극층(220)을 포함한다.
상기 보조 전극들(150)은 상기 제 1 후면전극층(210) 및 상기 제 2 후면전극층(220) 사이에 개재된다. 상기 제 1 후면전극층(210)의 두께는 약 50㎚ 내지 약 150㎚일 수 있다. 또한, 상기 제 2 후면전극층(220)의 두께는 약 50㎚ 내지 약 150㎚일 수 있다.
상기 보조 전극들(150)은 상기 제 1 후면전극층(210) 및 상기 제 2 후면전극층(220)에 직접 접촉된다. 상기 보조 전극들(150)은 상기 제 1 후면전극층(210)의 상면 및 상기 제 2 후면전극층(220)의 하면에 직접 접촉된다.
상기 제 2 후면전극층(220)은 상기 보조 전극들(150)의 상면 및 측면을 덮는다. 또한, 상기 제 2 후면전극층(220)은 상기 제 1 후면전극층(210)의 상면에 직접 접촉될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 보조 전극들(150)은 지지기판(100)의 상면에 직접 접촉되지 않는다. 특히, 상기 보조 전극들(150)은 몰리브덴 등을 포함하는 상기 제 1 후면전극층(210)을 통하여, 상기 지지기판(100)에 접촉된다. 이에 따라서, 상기 보조 전극들(150) 및 상기 지지기판(100) 사이의 박리 현상이 억제될 수 있다.
또한, 상기 보조 전극들(150)은 상기 광 흡수층(300)의 하면에 직접 접촉되지 않는다. 특히, 상기 보조 전극들(150)은 상기 제 2 후면전극층(220)을 통하여, 상기 광 흡수층(300)에 접촉된다. 이에 다라서, 상기 보조 전극들(150)은 상기 광 흡수층(300) 및 상기 제 2 후면전극층(220) 사이에 몰리브덴 셀레나이드의 생성을 방해하지 않을 수 있다.
또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (16)
- 기판;
상기 기판 상에 배치되는 후면전극층;
상기 후면전극층과 직접 접촉하고, 제 1 방향으로 연장되는 다수 개의 보조 전극들;
상기 후면전극층 상에 배치되는 광 흡수층; 및
상기 광 흡수층 상에 배치되는 전면전극층을 포함하는 태양광 발전장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 후면전극층을 관통하는 다수 개의 제 1 관통홈들을 포함하고,
상기 제 1 관통홈들은 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장되는 태양광 발전장치. - 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 관통홈들의 내측면은 상기 보조 전극들의 끝 단면과 동일한 평면에 배치되는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보조 전극들은 서로 이격되는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 후면전극층은 몰리브덴을 포함하는 태양광 발전장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 보조 전극들은 상기 몰리브덴보다 더 낮은 저항을 가지는 금속을 포함하는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보조 전극들은 상기 후면전극층 및 상기 기판 사이에 개재되는 태양광 발전장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 후면전극층은 상기 보조 전극들의 측면을 덮는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 후면전극층은
상기 기판 상에 배치되는 제 1 후면전극층; 및
상기 제 1 후면전극층 상에 배치되는 제 2 후면전극층을 포함하고,
상기 보조 전극들은 상기 제 1 후면전극층 및 상기 제 2 후면전극층 사이에 개재되는 태양광 발전장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 보조 전극들은 상기 광 흡수층 및 상기 후면전극층 사이에 개재되는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보조 전극들의 두께는 50㎚ 내지 100㎚이고,
상기 보조 전극들의 폭은 1㎜ 내지 3㎜이고,
상기 보조 전극들 사이의 간격은 80㎜ 내지 150㎜인 태양광 발전장치. - 제 11 항에 있어서, 상기 후면전극층의 두께는 100㎚ 내지 300㎚인 태양광 발전장치.
- 기판 상에 다수 개의 보조 전극들을 형성하는 단계;
상기 기판 상에 상기 보조 전극들과 직접 접촉되는 후면전극층을 형성하는 단계;
상기 후면전극층 상에 광 흡수층을 형성하는 단계; 및
상기 광 흡수층 상에 전면전극층을 형성하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법. - 제 13 항에 있어서, 상기 후면전극층을 형성하는 단계는
상기 보조 전극들 및 상기 기판 상에 몰리브덴을 증착하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법. - 제 13 항에 있어서, 상기 보조 전극들은 상기 후면전극층의 상면에 직접 형성되는 태양광 발전장치의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 후면전극층을 형성하는 단계는
상기 기판 상에 제 1 후면전극층을 형성하는 단계;
상기 제 1 후면전극층 상에 상기 보조 전극들을 직접 형성하는 단계; 및
상기 제 1 후면전극층 및 상기 보조 전극들 상에 제 2 후면전극층을 직접 형성하는 단계를 포함하는 태양광 발전장치의 제조방법.
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